Visual navigation has been widely used for state estimation of micro aerial vehicles (MAVs). For stable visual navigation, MAVs should generate perception-aware paths which guarantee enough visible landmarks. Many previous works on perception-aware path planning focused on sampling-based planners. However, they may suffer from sample inefficiency, which leads to computational burden for finding a global optimal path. To address this issue, we suggest a perception-aware path planner which utilizes topological information of environments. Since the topological class of a path and visible landmarks during traveling the path are closely related, the proposed algorithm checks distinctive topological classes to choose the class with abundant visual information. Topological graph is extracted from the generalized Voronoi diagram of the environment and initial paths with different topological classes are found. To evaluate the perception quality of the classes, we divide the initial path into discrete segments where the points in each segment share similar visual information. The optimal class with high perception quality is selected, and a graph-based planner is utilized to generate path within the class. With simulations and real-world experiments, we confirmed that the proposed method could guarantee accurate visual navigation compared with the perception-agnostic method while showing improved computational efficiency than the sampling-based perception-aware planner.


翻译:对微型飞行器(MAVs)的国家估计广泛使用了视觉导航。对于稳定的视觉导航来说,MAVs应该产生感知路径,保证有足够的可见地标。以前许多关于感知路径规划的工作都以抽样规划者为主,但是,它们可能因抽样效率低下而受到影响,从而导致寻找全球最佳路径的计算负担。为了解决这一问题,我们建议使用一个感知路径规划器,利用环境的地形信息。由于在行进过程中路径的表层和可见地标是密切相关的,因此,拟议的算法应检查独特的表层,以便选择具有丰富视觉信息的类别。从环境的通用Voronoi图表中提取地形图,并找到不同地形分类的初步路径。为了评估等级的感知质量,我们将最初路径分成不同部分,每个部分的点共享相似的视觉信息。选择了具有高感知质量的最优级,并使用图表规划器在类内生成路径。通过模拟和现实世界实验,我们确认,拟议的方法可以保证精确的视觉导航,同时比测算方法显示比测算效率的方法。

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